本發(fā)明涉及導(dǎo)電材料及其試件的無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，具體是一種一體化脈沖渦流感應(yīng)激勵(lì)熱成像檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

金屬等導(dǎo)電材料是現(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)、工程建筑及運(yùn)輸行業(yè)等領(lǐng)域的主要構(gòu)建材料，廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)中，如特殊軍工產(chǎn)品制造中的坦克發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜鑄件、火工品、火藥柱等部件，汽車(chē)制造中汽車(chē)半軸部件，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，懸索橋的吊索，以及鐵路運(yùn)輸鋼軌等。金屬等導(dǎo)電材料的廣泛應(yīng)用，在復(fù)雜環(huán)境影響下，必然會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的健康狀況，如由于氣候等各種不定因素的影響，零部件材料內(nèi)部或外部會(huì)因外界的作用產(chǎn)生彎曲、扭轉(zhuǎn)、壓縮、伸長(zhǎng)、磨損、斷裂等宏觀上的損傷，直接關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安危。針對(duì)金屬等導(dǎo)電材料構(gòu)件損傷檢測(cè)的高可靠性和高速度要求，利用感應(yīng)渦流檢測(cè)原理研究小型激勵(lì)檢測(cè)一體化的快速掃描紅外熱成像檢測(cè)裝置，有效解決金屬等導(dǎo)電材料構(gòu)件無(wú)損檢測(cè)實(shí)踐中的問(wèn)題。

與一般感應(yīng)加熱裝置不同，紅外熱像檢測(cè)中作為激勵(lì)源的脈沖感應(yīng)電源，所面對(duì)的激勵(lì)對(duì)象是不定的，而且根據(jù)檢測(cè)對(duì)象往往還需要更換激勵(lì)線圈，這意味著感應(yīng)加熱電源的電路調(diào)諧狀態(tài)、加熱負(fù)載發(fā)生變化。感應(yīng)加熱系統(tǒng)的總工效即工件上得到的功率和電源輸入的總效率之比與以下因素有關(guān)：電源的轉(zhuǎn)換效率、感應(yīng)加熱電路的調(diào)諧狀態(tài)、加熱負(fù)載和線圈對(duì)電源的匹配狀態(tài)、線圈與工件間的耦合狀態(tài)。為了達(dá)到最高的轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)對(duì)象的熱激勵(lì)，要求感應(yīng)加熱電源隨著激勵(lì)線圈、加熱負(fù)載的變化進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整。

西方發(fā)達(dá)國(guó)家的紅外熱成像技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在技術(shù)水平上處于決定領(lǐng)先地位。相比較而言，我國(guó)的紅外熱成像技術(shù)則起步較晚。近幾年，國(guó)內(nèi)從事紅外熱成像系統(tǒng)研發(fā)的單位也在逐漸增加，主要有武漢高德紅外、浙江大立、各大高校等。目前市場(chǎng)上主要有兩種類(lèi)型的紅外熱像檢測(cè)儀：一種是紅外熱像儀和電腦組成一個(gè)功能強(qiáng)大、測(cè)量精度高的紅外圖像分析系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行紅外熱像檢測(cè)分析，其主要缺陷在于戶外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作時(shí)有一定的不便性；另一種是手持式的紅外熱像儀，但功能往往不能滿足客戶的需求。上述兩種系統(tǒng)往往都需要再配置熱激勵(lì)源，因此，現(xiàn)有的紅外成像檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在缺陷，難以很好地滿足應(yīng)用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)的問(wèn)題，提供了一種一體化脈沖渦流感應(yīng)激勵(lì)熱成像檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)電材料的便攜、可靠和快速檢測(cè)。

本發(fā)明提供的一體化脈沖渦流感應(yīng)熱成像檢測(cè)裝置包括產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)激勵(lì)器、紅外熱像儀和嵌入式工控平板，所述電磁感應(yīng)激勵(lì)器的激勵(lì)器線圈一端與嵌入式工控平板連接，另一端對(duì)準(zhǔn)試件上的裂紋缺陷；所述的紅外熱像儀與嵌入式工控平板連接，紅外熱像儀采集檢測(cè)紅外圖像傳輸?shù)角度胧焦た仄桨濉?/p>

所述的電磁感應(yīng)激勵(lì)器（3）包括激勵(lì)電源、激勵(lì)線圈以及制冷裝置，采用脈沖激勵(lì)工作方式，即一次激勵(lì)時(shí)間有限，以毫秒計(jì)，如200ms。為滿足更多材料的檢測(cè)需求，激勵(lì)源工作在中頻段。與一般電磁感應(yīng)使用的高頻激勵(lì)源相比較，優(yōu)點(diǎn)在于可根據(jù)不同形狀的激勵(lì)線圈負(fù)載自動(dòng)耦合匹配最優(yōu)諧振頻率，使輸出功率達(dá)到最大。采用串聯(lián)諧振電路，使電路的“諧振”頻率等于或接近感應(yīng)加熱供電電源的頻率，只有當(dāng)加熱負(fù)載和加熱線圈都和電源相匹配，同時(shí)電路也調(diào)諧適當(dāng)，才能得到最高的轉(zhuǎn)換效率。實(shí)際應(yīng)用中，采用電容器組來(lái)調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱電路，以使回路的諧振頻率接近電源頻率。諧振狀態(tài)補(bǔ)償電容需承受電源輸出電壓的q倍，高電壓、大電流對(duì)補(bǔ)償電容要求較高，為此設(shè)計(jì)了足夠大的陶瓷絕緣固體電容器，滿足了應(yīng)用要求。

其中，為了使電路工作在諧振狀態(tài)，確保逆變器功率因素接近或?yàn)?，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路工作頻率的跟蹤是關(guān)鍵，為此針對(duì)本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中需要經(jīng)常起動(dòng)的狀況，采用過(guò)渡時(shí)間短、超調(diào)小的電流過(guò)零點(diǎn)同步技術(shù)進(jìn)行頻率跟蹤。

該激勵(lì)源的基本參數(shù)如下：最大激勵(lì)功率為2.4kw，最大電流400a，激勵(lì)頻率范圍150khz-400khz，激勵(lì)時(shí)間根據(jù)需要可調(diào)控。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的嵌入式工控平板包括嵌入式工控主板以及連接在嵌入式工控主板上的電源模塊、儲(chǔ)存盤(pán)、觸摸顯示屏、串口和視頻/圖像接口，其中通過(guò)串口控制設(shè)備與電磁感應(yīng)激勵(lì)器連接，通過(guò)視頻/圖像接口與紅外熱像儀連接。

本發(fā)明還提供了一種一體化渦流熱成像檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

1）將電磁感應(yīng)激勵(lì)器通過(guò)串口連接到嵌入式工控平板上，嵌入式工控平板通過(guò)串口對(duì)激勵(lì)器進(jìn)行激勵(lì)控制，將紅外熱像儀通過(guò)視頻/圖像接口連接到嵌入式工控平板上，視頻/圖像接口為紅外熱像儀供電并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；

2）調(diào)整電磁感應(yīng)激勵(lì)器、紅外熱像儀和試件之間的位置，使電磁感應(yīng)激勵(lì)器的激勵(lì)器線圈和紅外熱像儀對(duì)準(zhǔn)試件；

3）紅外熱像儀采集試件紅外圖像，在嵌入式工控平板上進(jìn)行顯示，設(shè)置紅外熱像儀參數(shù)調(diào)整圖像清晰度，參數(shù)包括測(cè)量溫度范圍、發(fā)射率和環(huán)境溫度；

4）調(diào)整設(shè)置嵌入式工控平板的采集參數(shù)，檢測(cè)過(guò)程有兩種方法；

4.1）拍攝一段指定時(shí)長(zhǎng)的紅外視頻，在此段時(shí)間內(nèi)可以指定激勵(lì)的次數(shù)，每次激勵(lì)之間的時(shí)間間隔根據(jù)時(shí)長(zhǎng)由加熱間隔設(shè)置；

4.2）每段紅外視頻中只激勵(lì)一次，選擇合適的模式后，再根據(jù)缺陷的個(gè)數(shù)和每個(gè)缺陷檢測(cè)所需的時(shí)間對(duì)加熱次數(shù)和加熱間隔進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)加熱次數(shù)和加熱間隔進(jìn)行初步的拍攝時(shí)間的計(jì)算和設(shè)置；

5）嵌入式工控平板根據(jù)步驟4）設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行紅外圖像的采集和電磁感應(yīng)激勵(lì)器的激勵(lì)，激勵(lì)器線圈對(duì)準(zhǔn)試件上的一處裂紋缺陷，電磁感應(yīng)激勵(lì)器自動(dòng)進(jìn)行激勵(lì)，在激勵(lì)的整個(gè)過(guò)程中，紅外熱像儀同時(shí)采集紅外圖像，并將采集到的紅外圖像發(fā)送至嵌入式工控平板，嵌入式工控平板一方面對(duì)采集到的紅外圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，另一方面對(duì)其進(jìn)行保存；在第一處裂紋檢測(cè)完后，在下次激勵(lì)到來(lái)之前將激勵(lì)線圈移到下一處裂紋處，使激勵(lì)器線圈對(duì)準(zhǔn)第二處裂紋并進(jìn)行激勵(lì)采集，直到所有缺陷檢測(cè)完，等到設(shè)置的拍攝時(shí)間到后，一輪的檢測(cè)便完成，嵌入式工控平板的儲(chǔ)存盤(pán)對(duì)檢測(cè)過(guò)程采集的紅外視頻圖像進(jìn)行保存。

本發(fā)明有益效果在于：采用脈沖渦流感應(yīng)激勵(lì)源，通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了激勵(lì)線圈負(fù)載自動(dòng)耦合匹配最優(yōu)諧振頻率，使輸出功率達(dá)到最大；將電磁感應(yīng)激勵(lì)器和紅外熱像儀、系統(tǒng)主機(jī)一體化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理緊湊，可實(shí)現(xiàn)單手操作，實(shí)用性更強(qiáng)；軟件功能豐富，實(shí)現(xiàn)熱像儀與激勵(lì)器同步工作，使激勵(lì)器在采集紅外圖像過(guò)程中自動(dòng)進(jìn)行激勵(lì)，從而使整個(gè)檢測(cè)過(guò)程更加流暢、更加方便、更加高效。另外，通過(guò)對(duì)激勵(lì)器的控制，可實(shí)現(xiàn)電磁感應(yīng)激勵(lì)器的持續(xù)激勵(lì)和間歇激勵(lì)，使激勵(lì)檢測(cè)更加靈活，滿足現(xiàn)場(chǎng)不同檢測(cè)的需要。

附圖說(shuō)明

圖1是一體化脈沖渦流感應(yīng)熱成像檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是一體化脈沖渦流感應(yīng)熱成像檢測(cè)裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是一體化脈沖渦流感應(yīng)熱成像檢測(cè)裝置的模塊結(jié)構(gòu)框圖。

圖4是串聯(lián)諧振電路原理圖

圖5是電流過(guò)零同步技術(shù)頻率跟蹤電路圖

圖6是紅外熱像儀采集的紅外圖像示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供的一體化脈沖渦流感應(yīng)熱成像檢測(cè)裝置如圖1、圖2、圖3所示，包括產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)激勵(lì)器3、紅外熱像儀4和嵌入式工控平板5，所述電磁感應(yīng)激勵(lì)器3的激勵(lì)器線圈一端與嵌入式工控平板5連接，另一端對(duì)準(zhǔn)試件1上的裂紋缺陷2；所述的紅外熱像儀4與嵌入式工控平板5連接，紅外熱像儀4采集準(zhǔn)試件1上紅外圖像傳輸?shù)角度胧焦た仄桨濉?/p>

所述的嵌入式工控平板5包括嵌入式工控主板以及連接在嵌入式工控主板上的電源模塊、儲(chǔ)存盤(pán)、觸摸顯示屏、串口和usb接口，其中串口通過(guò)控制設(shè)備與電磁感應(yīng)激勵(lì)器3連接，usb接口與紅外熱像儀4連接。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的脈沖渦流感應(yīng)裝置的調(diào)諧電路如圖4、5所示。包括串聯(lián)諧振電路和電流過(guò)零點(diǎn)同步頻率跟蹤電路，感應(yīng)加熱電路的調(diào)諧通常是指調(diào)節(jié)包括感應(yīng)線圈和工件的振蕩槽路中的電容和電感，使電路的“諧振”頻率等于或接近感應(yīng)加熱供電電源的頻率。電路調(diào)諧保證得到最高的轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明還提供了一種一體化脈沖渦流感應(yīng)熱成像檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

1）將電磁感應(yīng)激勵(lì)器通過(guò)串口連接到嵌入式工控平板上，嵌入式工控平板通過(guò)串口對(duì)激勵(lì)器進(jìn)行激勵(lì)控制，將紅外熱像儀通過(guò)視頻/圖像接口連接到嵌入式工控平板上，視頻/圖像接口為紅外熱像儀供電并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；

2）調(diào)整電磁感應(yīng)激勵(lì)器、紅外熱像儀和試件之間的位置，使電磁感應(yīng)激勵(lì)器的激勵(lì)器線圈和紅外熱像儀對(duì)準(zhǔn)試件；

3）紅外熱像儀采集試件紅外圖像（如圖6所示），在嵌入式工控平板上進(jìn)行顯示，設(shè)置紅外熱像儀參數(shù)調(diào)整圖像清晰度，參數(shù)包括測(cè)量溫度范圍、發(fā)射率和環(huán)境溫度；

4）調(diào)整設(shè)置嵌入式工控平板的采集參數(shù)，檢測(cè)過(guò)程包括兩種模式；

模式一指的是拍攝一段指定時(shí)長(zhǎng)的紅外視頻，該時(shí)長(zhǎng)由“拍攝時(shí)間”調(diào)整框設(shè)置，在此段時(shí)間內(nèi)可以激勵(lì)指定的次數(shù)，次數(shù)由“加熱次數(shù)”調(diào)整框設(shè)置，每次激勵(lì)之間的時(shí)間間隔由“加熱間隔”調(diào)整框設(shè)置；

模式二與模式一的不同在于每一段紅外視頻中只激勵(lì)一次，或者說(shuō)激勵(lì)多少次就對(duì)應(yīng)多少段紅外視頻。選擇合適的模式后，再根據(jù)缺陷的個(gè)數(shù)和每個(gè)缺陷檢測(cè)所需的時(shí)間對(duì)“加熱次數(shù)”和“加熱間隔”進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)加熱次數(shù)和加熱間隔系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行初步的拍攝時(shí)間的計(jì)算和設(shè)置，若對(duì)拍攝時(shí)間不滿意可進(jìn)行調(diào)整，設(shè)置好后點(diǎn)擊“開(kāi)始采集”按鈕開(kāi)始檢測(cè)。

5）嵌入式工控平板根據(jù)步驟4）設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行紅外圖像的采集和電磁感應(yīng)激勵(lì)器的激勵(lì)，使激勵(lì)器線圈對(duì)準(zhǔn)試件上的一處裂紋缺陷，紅外熱象儀開(kāi)始采集后電磁感應(yīng)激勵(lì)器自動(dòng)進(jìn)行激勵(lì)，在激勵(lì)的整個(gè)過(guò)程中，紅外熱像儀同時(shí)采集紅外圖像（如圖4所示），并將采集到的紅外圖像發(fā)送至嵌入式工控平板，嵌入式工控平板一方面對(duì)采集到的紅外圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，另一方面對(duì)其進(jìn)行保存；在第一處裂紋檢測(cè)完后，在下次激勵(lì)到來(lái)之前將裝置移到下一處裂紋處，使激勵(lì)器線圈對(duì)準(zhǔn)第二處裂紋并進(jìn)行激勵(lì)采集，直到所有缺陷檢測(cè)完，等到拍攝時(shí)間到后，一輪的檢測(cè)便完成，嵌入式工控平板的儲(chǔ)存盤(pán)對(duì)此過(guò)程采集的紅外視頻進(jìn)行保存。

本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。